JPH03501603A - Ultra-high purity halide and its manufacturing method - Google Patents
Ultra-high purity halide and its manufacturing methodInfo
- Publication number
- JPH03501603A JPH03501603A JP1506270A JP50627089A JPH03501603A JP H03501603 A JPH03501603 A JP H03501603A JP 1506270 A JP1506270 A JP 1506270A JP 50627089 A JP50627089 A JP 50627089A JP H03501603 A JPH03501603 A JP H03501603A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- precursor salt
- hot melt
- purifying
- precursor
- zrcl4
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B9/00—General methods of preparing halides
- C01B9/02—Chlorides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B9/00—General methods of preparing halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
- C01F7/56—Chlorides
- C01F7/62—Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G25/00—Compounds of zirconium
- C01G25/04—Halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G27/00—Compounds of hafnium
- C01G27/04—Halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 宣 ハロゲン′ およびそのU−法 ル匪■1遣 本発明は、例えば光ファイバー、固体1ノ−ザ、誘電材料などのガラス製品に用 いられるハロゲン化物であって、塩の混入量が、わずか数ppbまたはそれ以下 であっても許されないような、極めて純度の高いハロゲン化物と、その製造方法 に関する。[Detailed description of the invention] Declaration of halogen' and its U-law le 匪 ■ 1 ken The present invention can be used for glass products such as optical fibers, solid noses, and dielectric materials. The amount of salt contained in the halides is only a few ppb or less. Extremely pure halides and their production methods that are not allowed even in Regarding.
ジルコニウム、ハフニウム、およびアルミニウムの塩化、臭化、および沃化によ る塩(以下「前駆塩」と称する)は、フッ化剤との反応が可能であって、超高純 度のフッ化物(以下「生成塩」と称する)を生じる。しかし、不純カチオンおよ び不純酸化物の含有量が極めて少量で、かつ例えば、透過赤外線損失量がわずか でなければならない用途に有用な高品質のフッ化ガラ、ス、例えば「ズブラン( ZBLAN)Jの製造には、このような超高純度フッ化物の量産的規模での生産 が必要とされる。本発明は特に、このような量で生成塩を生じる前駆塩の精製法 に関する。Zirconium, hafnium, and aluminum by chloride, bromide, and iodide This salt (hereinafter referred to as "precursor salt") is capable of reacting with a fluorinating agent and has ultra-high purity. This produces a certain amount of fluoride (hereinafter referred to as "formed salt"). However, impure cations and The content of impure oxides is extremely small, and the amount of transmitted infrared loss is small High-quality fluorinated glass, useful for applications where The production of ZBLAN) J requires mass production of ultra-high purity fluoride. is required. The present invention particularly provides a method for purifying precursor salts that yields product salts in such amounts. Regarding.
赤外線透過ガラス製造用の金属フッ化物は、波長2〜4ミクロンの範囲の赤外領 域スペクトルによる吸収を最小限に抑えるためには、例えば、遷移元素、希土類 、および水酸化物イオンに関して、不純物の含量が非常にわずかでなければなら ない。Metal fluorides for the production of infrared-transmissive glass are used in the infrared region with wavelengths ranging from 2 to 4 microns. To minimize absorption due to the spectrum, e.g. transition elements, rare earth , and the content of impurities must be very small with respect to hydroxide ions. do not have.
また、金属酸化物、カーバイド、炭素、コークス、燐化物などのような粒状物質 は、電磁気放射の散乱中心として働き、その結果、望ましくない減衰を生起させ るため、これらは存在してはならないことが必須要件である。Also particulate materials like metal oxides, carbides, carbon, coke, phosphides etc. act as scattering centers for electromagnetic radiation, resulting in undesirable attenuation. Therefore, it is an essential requirement that they must not be present.
このような不純物は、通常は、ガラス製造に用いられる精製フッ素化合物とは無 関係なように一見思われるが、本発明が問題とする微少な量は、化学的処理装置 内での粒状材料の使用によって、また、使用される精製試薬および金属からさえ も、容易に混入し得るのである。Such impurities are typically free from purified fluorine compounds used in glass manufacturing. Although it seems to be related at first glance, the minute amount that the present invention is concerned with is by the use of particulate materials within the can also be easily mixed in.
その意味では、本発明が扱う痕跡量以下で存在し、高純度の生成塩を製造するた めには、不揮発性とするか、あるいは除去しなければならないカチオン物質、金 属の錯体および化合物は、極めて様々ある。In that sense, this invention deals with cationic substances that must be made non-volatile or removed, gold The complexes and compounds of the genus are extremely diverse.
このような物質の存在によって提起される問題は、例えば「第4回ハロゲン化ガ ラスに関する国際シンポジウム会議録(Proceedings for th e 4th InternationalSymposium on Hali deGlasses)J (1987年)での論題となっている。The problems raised by the presence of such substances are discussed, for example, in the ``4th Halogenated Gas Proceedings of the International Symposium on Russ e 4th InternationalSymposium on Hali deGlasses) J (1987).
このようなガラスに要求される厳格な純度は、例えば、所望の塩に対して、不純 物の濃度が、わずか数pI)bまたはそれ以下というものであって、従来は、利 用可能な技術的限界を超えることがしばしばであった。市販のフッ化物は、たと え非常に高純度であるとされているものであっても、不純物の濃度は、10〜1 ,000ppmもある。The stringent purity requirements for such glasses are such that, for example, the desired salt The concentration of a substance is only a few pI)b or lower, and conventionally The available technical limits were often exceeded. Commercially available fluoride is Even if the material is said to be of very high purity, the concentration of impurities is 10 to 1. ,000ppm.
したがって、現在得られるものよりも、改善率が例えば、1.000〜1,00 0,000倍というように、非常に大幅に純度を向上させる必要性があるのであ る。Therefore, the improvement rate is, for example, 1.000 to 1,000 compared to what is currently available. There is a need to significantly improve the purity by a factor of 0,000. Ru.
フッ化ジルコニウム、およびフッ化ハフニウムの製造に関する公知の精製法には 、ZrFaの起電側変位(ESD)補強蒸留物に対する再結晶法、溶媒抽出法、 および無水化法(米国特許第4,578゜252号明細書の主題)、および、金 属ジルコニウムの化学的蒸気精製法(CVP :米国特許第4,652,438 号明細書の主題)がある。Known purification methods for producing zirconium fluoride and hafnium fluoride include , recrystallization method for electromotive side displacement (ESD) reinforcing distillate of ZrFa, solvent extraction method, and dehydration process (the subject of U.S. Pat. No. 4,578°252), and Chemical vapor purification process (CVP) of zirconium: U.S. Pat. No. 4,652,438 subject of the specification).
再結晶法、および溶媒抽出法は、Zr0C1*の段階で、精製の仕上げを行う方 法であるが、ZrF aへと続く段階で、かなりの量、例えば2〜10倍の不純 物が取り込まれる。The recrystallization method and the solvent extraction method are methods of finishing the purification at the Zr0C1* stage. However, in the step leading to ZrF a, a considerable amount of impurity, for example 2 to 10 times as much, is added. Things are taken in.
更に、これらの方法には、ZrF、中に、酸化物や水酸化物の不純物が残留する 傾向があることも、望ましくない点である。Furthermore, these methods leave oxide and hydroxide impurities in ZrF. The fact that there is a tendency is also an undesirable point.
無水化法の精製能力は、基本的には、例えば金属塩化物などを還元して、不純物 の揮発性低下作用を発揮する、固体還元剤または電極の優れた還元力にもとずい ており、大量の輸送に限界があるため、その実際的な適用には制約がある。The purification ability of the anhydrous method basically reduces impurities, such as metal chlorides. Based on the excellent reducing power of solid reducing agents or electrodes that reduce the volatility of However, there are limitations to its practical application due to the limitations on mass transportation.
例えば、CVP法においては、生成ZrF4中の鉄分の計算上の濃度は、約0. 007ppb、すなわち、923°にで金属ジルコニウムと接触するF19CI 2の平衡蒸気圧となるが、後出の下記第2表に示す通り、達成濃度は、実際には 約2009pbであって、4桁の食い違いがある。For example, in the CVP method, the calculated concentration of iron in the produced ZrF4 is approximately 0. 007 ppb, i.e. F19CI in contact with metallic zirconium at 923° However, as shown in Table 2 below, the achieved concentration is actually It is about 2009 pb, and there is a discrepancy of 4 orders of magnitude.
BaF++−ZrF4溶液からのZrF aの公知の蒸留精製においても、同様 の不足分が存在する。ESCで補強しない蒸留によれば、許容し得ない濃度の鉄 不純物を含む製品が製造される。より改善された方法で、ESCを補強しても、 理論上の熱力学的限度には、はるかに及ばない。The same applies to the known distillation purification of ZrF a from BaF++-ZrF4 solution. There is a shortage of Distillation without ESC reinforcement results in unacceptable concentrations of iron. Products containing impurities are manufactured. Even if the ESC is reinforced with improved methods, The theoretical thermodynamic limit is far short.
また、蒸留を反復しても、改善されることはないように思われる。Also, repeated distillation does not seem to provide any improvement.
これらのデータが示すものは、大量の輸送に限界があるために、約10〜100 ppbという所望の不純物濃度を達成し、あるいはこれに近づくことが不可能で あるということである。These data indicate that due to the limitations of large-scale transportation, approximately 10 to 100 It is not possible to achieve or approach the desired impurity concentration of ppb. It means that there is.
したがって、本発明の目的は、従来は達成不能であった純度の、選択された金属 フッ化物の生成塩、およびその前駆塩の製造方法であって、エネルギーの投入、 化学的成分の消費、および複雑な装置の必要度がきわめて小さい方法を提供する ことにある。It is therefore an object of the present invention to produce selected metals of previously unattainable purity. A method for producing a fluoride generating salt and its precursor salt, the method comprising: inputting energy; Provides a method with very low consumption of chemical components and the need for complex equipment There is a particular thing.
また、経済的かつ比較的単純な工程であって、操作に際しては、制御が比較的容 易であり、温度、揮発化速度、前駆塩の除去、およびそれに続く生成塩の形成を 、回分操作、半回分操作、あるいは連続操作において容易に行うことが可能であ り、かつ、比較的大量の、例えば前記公知の工程を用いて従来可能であった回分 あたりの量の数倍の、前駆塩、およびそのフッ化生成塩を、効率的かつ効果的に 製造することが可能な方法の提供も、本発明の目的である。It is also an economical and relatively simple process that is relatively easy to control during operation. temperature, volatilization rate, removal of precursor salts, and subsequent formation of product salts. can be easily performed in batch, semi-batch, or continuous operations. and in relatively large quantities, for example, batches that were previously possible using the above-mentioned known process. of precursor salts, and their fluorinated salts, efficiently and effectively. It is also an object of the invention to provide a method by which it is possible to manufacture.
これらの目的、およびその他の目的は、本発明の方法によって達成される。These and other objectives are achieved by the method of the present invention.
その方法は、広義に定義すると、不純物を含有するジルコニウム、ハフニウム、 あるいはアルミニウムの塩化、臭化、あるいは沃化前駆塩の精製法であって、1 種類またはそれ以上のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物と、 前記前駆塩との熱溶融体を形成させる段階と、前記熱溶融体を、約150〜約4 60℃の気化温度に保って、前記気化温度では液体であり、かつ前記熱溶融体内 で可動である還元剤を用いて、前記熱溶融体を還元状態に置きつつ、その不純物 から前記前駆塩を蒸発させる段階と、揮発化した純粋な前駆塩を、前記熱溶融体 から単離する段階とからなる精製法である。Broadly defined, the method involves the use of impurity-containing zirconium, hafnium Alternatively, a method for purifying aluminum chloride, bromide, or iodide precursor salt, comprising: or more types of alkali metal or alkaline earth metal halides; forming a thermal melt with the precursor salt; The vaporization temperature is maintained at 60°C, and the liquid is liquid at the vaporization temperature and is inside the thermal melt. While placing the hot melt in a reduced state using a reducing agent that is movable at evaporating the precursor salt from the hot melt; and adding the evaporated pure precursor salt to the hot melt. This is a purification method consisting of the steps of isolating from.
図面の簡単な説明 第1図は、本発明の実施に有用な典型的装置の概略を示す模式図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a schematic diagram outlining a typical apparatus useful in practicing the present invention.
第1a図は、典型的な密封構造物である。Figure 1a is a typical sealed structure.
第1b図は、第1図に示した反応炉のノズルの拡大部分見取り図である。FIG. 1b is an enlarged partial sketch of the nozzle of the reactor shown in FIG. 1. FIG.
日の− な!日 本発明に用いられる機構および装置の全体に関して説明すると1、窯炉(12) 内部のガラスまたは石英張りの密封容器(15)内に、溶融塩溶液(10)が収 容されている。Day-! Day The entire mechanism and device used in the present invention will be explained as follows: 1. Kiln furnace (12) A molten salt solution (10) is stored in a sealed container (15) lined with glass or quartz. It is tolerated.
水素、あるいは不活性ガスを運搬するための配管(11)は、密封容器(15) 内に通じており、これを、ガスの供給源(図示せず)と接続している。Piping (11) for transporting hydrogen or inert gas is a sealed container (15) and connects it to a gas supply (not shown).
配管(11)は、溶融塩、あるいは共融混合物の表面下にまで延びている。The pipe (11) extends below the surface of the molten salt or eutectic mixture.
熱電対(14)を囲む第2の構造物(13)もやはり、密封容器(15)の内部 に通じており、融成物(lO)の表面下に達して、融成物の、温度を感知し、感 知した温度を操作員に伝達・表示する(図示せず)。典型的な密封構造物を拡大 して示す。The second structure (13) surrounding the thermocouple (14) is also inside the sealed container (15). It reaches below the surface of the melt (1O) and senses the temperature of the melt. The detected temperature is transmitted and displayed to the operator (not shown). Zoom in on a typical sealed structure and show.
配管(16)は、ZrCl4の蒸気を、密封容器(15)の融成物(10)上の 空間から第2の容器(20)に運搬し、ここで、この塩化物の蒸気は、ZrF4 およびHCIを生成する条件下でHFと接触する。Piping (16) transports the ZrCl4 vapor onto the melt (10) in the sealed container (15). from the space to a second container (20), where this chloride vapor is transferred to ZrF4 and contact with HF under conditions that produce HCI.
その他の、例えば温度などの詳細は、反応系全体の操作にとって特に重要な項目 の中で説明する。Other details, such as temperature, are particularly important for the operation of the entire reaction system. I will explain it in.
本発明の工程においては、ハロゲン化前駆塩は揮発化されるのに対して、不純物 を含むカチオン、例えばFeC1,は、溶融体または溶融液を還元的条件に保つ ことによって不揮発化される。In the process of the present invention, the halogenated precursor salt is volatilized, while impurities cations, such as FeCl, keep the melt or liquid in reducing conditions. This makes it non-volatile.
このようなハロゲン化不純物およびその他は、これによって還元され、より不揮 発性の状態に保たれる。Such halogenated impurities and others are thereby reduced and made more non-volatile. It is kept in a state of onset.
以下で更に詳細に説明する通り、従来の方法とは対照的に、熱溶融体構成分の接 触表面、前駆塩、および還元剤は、充分に可動であるから、不純物の集積は比較 的少ない。本明細書で用いられる「可動」なる用語は、物質が非常に拡散性に富 むことが可能であることを意味する。As explained in more detail below, in contrast to traditional methods, the connection of hot melt components The catalytic surfaces, precursor salts, and reducing agents are sufficiently mobile that impurity accumulation is comparatively Not very accurate. As used herein, the term "mobile" refers to substances that are highly diffusible. This means that it is possible to
したがって、前記従来の技術による無水化法につきものの輸送上の非常に困難な 問題は、本工程によって、実質的には完全に回避される。Therefore, the extremely difficult transportation associated with the conventional dehydration method described above The problem is virtually completely avoided by this process.
更に、超高純度の前駆塩の蒸出は、液相・同相聞の伝熱界面を必然的に伴う結果 、その生成速度は、従来の工程に比して、容易に制御が可能である。Furthermore, the evaporation of ultrapure precursor salts inevitably involves a heat transfer interface between the liquid phase and the same phase. , the production rate can be easily controlled compared to conventional processes.
用いられる還元剤の量は、すべての不純カチオンを化学量論的に還元するように 選定しなければならないが、反応系、および所望の効率の必要性に応じて、この 量を下回るか、あるいはかなりに過剰とすることができる。The amount of reducing agent used is such that all impure cations are stoichiometrically reduced. Depending on the reaction system and the need for desired efficiency, The amount can be less than or significantly in excess.
溶融塩溶液から気化する生成物中の不純物の含有量を計算するためのモデルを提 示する。We present a model for calculating the content of impurities in products vaporized from molten salt solutions. Show.
気化相の理想度(理想気体の法則による圧力=フガシチイー)、および溶液の理 想度(ラウールの法則による)を仮定する。The ideality of the vapor phase (pressure according to the ideal gas law = fugacity) and the theory of solutions Assuming a degree of imagination (according to Raoult's law).
すなわち次式 %式% (式中、P+は、溶液上方の成分iの分圧を、Xlは、溶液中のiのモル分率を 、Po、は、特定の温度における純粋なiの蒸気圧をそれぞれ表す)が成立する 。That is, the following equation %formula% (where P+ is the partial pressure of component i above the solution, and Xl is the molar fraction of i in the solution. , Po, respectively represent the vapor pressure of pure i at a specific temperature) holds true. .
不純物は、相互に作用し合わないものとし、不純物量に関してXI41=Oとい うわずかな量だけ存在するものとする。Impurities shall not interact with each other, and regarding the amount of impurities, XI41 = O. It is assumed that only a small amount exists.
蒸気は除去され、かつ濃縮されるものと見なした場合、p+/ P−1e+4( = 1気圧)は、生成物ZrC1a中のiの濃度を表す。Considering that the vapor is removed and concentrated, p+/P-1e+4( = 1 atm) represents the concentration of i in the product ZrC1a.
蒸留を続け、生成物を取出すと、溶融液の不純物濃度が上昇し、生成物中の濃度 も上昇する。As the distillation continues and the product is removed, the impurity concentration in the melt increases, and the concentration in the product increases. will also rise.
そのままでは、生成物は許容しえないものとなってしまうことになる。If left as is, the product would be unacceptable.
逐次刊行物[米国化学工学協会モジュール方式教育シリーズ(AIChE Mo dular In5truction 5eries)jのマクダフイ−(N、 GMcDuffie)による論文「回分蒸留(Batch Distillat ion)J [モジュール第81.5番、米国化学工学協会(AIChE)19 80年発行]に記載の通り、この現象は、1段階(還流なし)回分蒸留に対する レイリーの式 %式%) (式中、Sは溶融塩溶液中の残存モル数を、Fは本来の仕込み材料中のモル数を 、αは蒸気圧の割合、すなわちPar。、4(=1気圧)/P、を、Xsは溶融 塩溶液中のZrCl4のモル分率を、Xfは仕込み材料中のZrCl4のモル分 率をそれぞれ表す)によって計算することができる。Serial publications [American Institute of Chemical Engineers Modular Education Series (AIChE Mo MacDuffie (N, The paper “Batch Distillation” by GM McDuffie ion) J [Module No. 81.5, American Institute of Chemical Engineers (AIChE) 19 As described in [Published in 1980], this phenomenon occurs in the case of one-stage (no reflux) batch distillation. Rayleigh's formula %formula%) (In the formula, S is the number of moles remaining in the molten salt solution, and F is the number of moles in the original charging material. , α is the fraction of vapor pressure, i.e. Par. , 4 (=1 atm)/P, where Xs is melting Xf is the mole fraction of ZrCl4 in the salt solution, and Xf is the mole fraction of ZrCl4 in the feed material. (respectively) can be calculated.
蒸留物のモル数D=F−8であるような保存条件とともに上記の式を用いれば、 蒸留のいかなる時点においても、塩溶液および(全体的に混合された)平均的な 生成ZrF aにおける不純物の濃度を算出することができる。Using the above formula with storage conditions such that number of moles of distillate D = F-8, At any point in the distillation, the salt solution and the (totally mixed) average The concentration of impurities in the produced ZrF a can be calculated.
これは、蒸留を中断して、生成物中の不純物が許容しえない濃度に達するのを防 がなければならない時点を知ることに等しい。更に、回収なしのZrF4への転 化を仮定すると、0.1.10.50、および99%までの蒸留に対する不純物 は、次のようにして算出される。This interrupts the distillation to prevent impurities in the product from reaching unacceptable concentrations. It is equivalent to knowing the point in time when something must be done. Furthermore, conversion to ZrF4 without recovery 0.1.10.50, and impurities for distillation up to 99% is calculated as follows.
不純物が含まれる塩化物が凝縮した相の上方の蒸気を詳細に検討すると、ある程 度の重合の存在が明らかになるのが普通である。A detailed study of the vapor above the condensed phase of chloride containing impurities reveals that to some extent The presence of a degree of polymerization is usually evident.
例えば、FeC12、NiC1*、およびCoC1*は、少なくともある程度の 2量体を含むことが知られており、CuC1は3量体として気化する。For example, FeC12, NiC1*, and CoC1* have at least some It is known that CuC1 contains a dimer, and CuC1 is vaporized as a trimer.
与えられた蒸気圧において、単量体の2倍、3倍等々の輸送が行われるが、ラウ ールの法則の式におけるXiは1/2、l/3等々になる。At a given vapor pressure, the monomer is transported twice, three times, etc., but the Xi in the equation of Hall's law becomes 1/2, l/3, etc.
したがって、気化相の分子の凝集状態は、融成物中に同じ重合体が存在する場合 には、これを無視し得る。Therefore, the agglomeration state of the molecules in the vapor phase is can be ignored.
しかし、溶液および気化相の複雑性の程度が異なる場合も考えられ、このことが ラウールの法則からの逸脱となって現れる。However, it is possible that the solution and vapor phases have different degrees of complexity, and this It appears as a deviation from Raoult's law.
しかし、例えば100倍もの増大方向への逸脱というような非常に強力な作用の みが、ここに記載のデータの有効性に影響するものと思われる。However, a very strong effect such as a deviation in the direction of increase of 100 times, for example, This is likely to affect the validity of the data presented here.
生成物中の不純物の量を算出した結果を第1表に示す。Table 1 shows the results of calculating the amount of impurities in the product.
(以下余白) 計算には倍精度を要求し、アシスト(ASYST :登録商品名)なる統計学ソ フトウェアパッケージを用いて演算を行った。(Margin below) Double precision is required for calculations, and statistical software called ASSIST (ASYST: registered product name) is used. Calculations were performed using a software package.
蒸気圧のデータは、温度を400℃(塩溶液における最高操作温度)として算出 したものである。Vapor pressure data is calculated assuming a temperature of 400°C (maximum operating temperature for salt solutions) This is what I did.
これらのデータは、遷移元素については、後記参考文献(a)(TE用)から、 また、希土類元素については、後記参考文献(b)(RE用)から採録した。For transition elements, these data are from Reference (a) (for TE) listed below. In addition, rare earth elements were taken from Reference (b) (for RE) listed below.
蒸気圧の式に不明瞭な点が存在する場合には、より高い方の値を用いた。溶液上 方のZrC11の蒸気圧は、常に1気圧である。If there was any ambiguity in the vapor pressure equation, the higher value was used. on solution The vapor pressure of ZrC11 on the other hand is always 1 atm.
本明細書中に記載されている不純物の濃度は、ノーザン・アナリティカル社(N orthern Aanlytical Inc、)から入手した、昇華ZrC 1a試料にもとずくものであって、モル分率に換算し、次いで、適切な場合に「 より以下の」値に用いた。The impurity concentrations described herein are determined by Northern Analytical (N Sublimated ZrC obtained from Aanlytical Inc.) 1a sample, converted to mole fraction and then, where appropriate, used for values less than or equal to .
(a) コルトン(R,Co1ton)およびキャンタフオード(J、H。(a) Colton (R, Colton) and Canterford (J, H.
Canterford) : r第1列遷移元素のハロゲン化物(Halide s of the First Row Transition Metals )J 、ロンドン所在、ワイリーインターサイエンス社1969年発行。Canterford): r Halide of the first row transition element s of the First Row Transition Metals ) J, London, Wiley Interscience, 1969.
(b) ブラウン(D、 Brown) : rランタニドおよびアクチニドの ハロゲン化物(Halides of the Lanthanides an dActinedes)J 、ロンドン所在、ワイリーインターサイエンス社1 968年発行。(b) Brown (D): r-lanthanide and actinide Halides of the Lanthanides dActinedes) J, London, Wiley Interscience Ltd. 1 Published in 968.
放出された生成物の不純物の濃度は、収率が高い場合においてさえ、非常に低い ことがある。The concentration of impurities in the released product is very low even at high yields. Sometimes.
このことは、当初の濃度が低く、揮発性も低いために、溶融塩内での不純物の濃 縮さえも問題にならないことを意味する。This is due to the concentration of impurities in the molten salt due to its low initial concentration and low volatility. This means that even shrinkage is not a problem.
このような純度は、フォルヮイラ−(R,C,Folweiler)およびピン ク(F、 X、 Pink)による前出「第4回ハロゲン化ガラスに関する国際 シンポジウム会議録」(カリフォルニア州モントレーにて1987年開催)に記 載のlkmあたりO,0O1dBの減衰という必要条件を30倍も上回っている 。Such purity is achieved by Folweiler (R, C, Folweiler) and Pin “The 4th International Conference on Halogenated Glass” by F. Recorded in the Proceedings of the Symposium (held in Monterey, California in 1987). This exceeds the requirement of 1 dB of attenuation per 1 km for 30 times. .
現在一般的に用いられる熱溶融体は、例えば、アルカリ金属あるいはアルカリ土 類金属の1種類、またはそれ以上の無水ハロゲン化物の単なる融解によって製造 されている。Thermal melts commonly used at present include, for example, alkali metals or alkaline earths. Produced by simple melting of anhydrous halides of one or more metals has been done.
特に好んで用いられるハロゲン化物は、ナトリウムまたはカリウムの塩化物であ るが、その理由は、これらが廉価であって、容易に入手可能であり、かつ、所望 の前駆塩蒸気圧の1気圧等圧線が、好都合にも低温で容易に得られるなど、熱溶 融体の必要条件を容易に充たすからである。Particularly preferred halides are sodium or potassium chloride. The reason for this is that they are inexpensive, easily available, and desired. The 1-atm pressure isobar of the precursor salt vapor pressure is advantageously easily obtained at low temperatures. This is because it easily satisfies the requirements for a melt.
これが好適であるのは、精製された前駆塩の蒸気は、周囲の圧力に逆らって容易 に蒸出され、送達されると、フッ化剤と結合してフッ化生成塩を形成するからで ある。This is preferred because the purified precursor salt vapor easily resists the ambient pressure. When vaporized and delivered, it combines with fluorinating agents to form fluorogenic salts. be.
これらのハロゲン化物を用いることによって充たされる別の必要条件は、これら は、工程温度では不揮発性であることが不可欠であり、精製された前駆塩ととも に移送されてはならないことである。Another requirement that is met by using these halides is that these It is essential that the salt be non-volatile at the process temperature and that must not be transferred to
不純物の除去、すなわち、この融成物と水素ガスとの接触が最初に行われること により、多くの不純物質の還元は促進される。Removal of impurities, i.e. contact of this melt with hydrogen gas, must first take place. This facilitates the reduction of many impurities.
還元剤は、膨大な表面積による液相一液相界面を介して、不純物を含有する塩な どからなる熱溶融体と接触する。The reducing agent removes salts containing impurities through the liquid phase interface due to its huge surface area. contact with a hot melt consisting of
この界面は、気体の還元剤、例えば水素の気泡を溶融液に通す場合に相当する気 相一液相界面であっても良く、あるいは、融点、が低い、電気的に陽性の金属、 例えば、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉛または亜鉛、お よびそれらの合金を液中に満たし、散布し、あるいは拡散させた場合に相当する 液相一液相界面であっても良い。This interface is a gas equivalent to when bubbles of a gaseous reducing agent, e.g. hydrogen, are passed through the melt. It may be a phase-liquid phase interface, or an electrically positive metal with a low melting point, For example, sodium, potassium, magnesium, calcium, lead or zinc, and their alloys are filled in liquid, sprinkled, or diffused. It may be a liquid phase-liquid phase interface.
液相一液相界面を用いた場合は、還元剤基質を連続的に更新することができ、そ の結果、これに不純物が集積するのを回避することができる。When a liquid phase-liquid phase interface is used, the reducing agent substrate can be continuously renewed; As a result, accumulation of impurities therein can be avoided.
対照的に、CVP法におけるような気相一液相界面、あるいはESD法における ような液相一液相界面は、還元部位で最も顕著に生起する不純物の集積による制 約を受ける。In contrast, the gas phase-liquid phase interface as in the CVP method, or the The liquid-liquid interface is controlled by the accumulation of impurities that occur most prominently at the reduction site. Receive a promise.
水素を還元剤として選択した場合、外部のガス供給装置から溶液中に気泡を通じ ることに加えて、適宜選択したハロゲン化金属、例えば、ジルコニウム、ハフニ ウム、あるいは他の金属とのこれらの合金のハロゲン化物を塩溶液に投入し、溶 液温度でのこれらの熱分解によって、過程を制御しつつ、溶液内から水素を遊離 させることもできる。If hydrogen is selected as the reducing agent, bubble bubbles into the solution from an external gas supply. In addition, suitable metal halides such as zirconium, hafni halides of aluminum or their alloys with other metals are placed in a salt solution and the These thermal decompositions at liquid temperature liberate hydrogen from the solution while controlling the process. You can also do it.
鉛および亜鉛と他の金属との合金を用いることもできる。Alloys of lead and zinc with other metals can also be used.
例えば、約2重量%のマグネシウムを鉛とともに溶融させた場合に、マグネシウ ムが鉛と形成する低融点合金は、塩溶液内で溶融し、かつマグネシウムの強力な 還元力を備える還元剤とすることができる。For example, when about 2% by weight of magnesium is melted with lead, the magnesium The low melting point alloy that aluminum forms with lead melts in salt solutions and It can be a reducing agent with reducing power.
上記の鉛および亜鉛以外にも、リチウム、ナトリウム、カリウム、あるいはそれ らの合金のような、電気的に非常に陽性の金属も塩溶液温度で溶融する。In addition to lead and zinc mentioned above, lithium, sodium, potassium, or Highly electropositive metals, such as the alloys of E. et al., also melt at salt solution temperatures.
溶液中での不純原子種に対する金属の直接的作用に加えて、後述するマグネシウ ムに関する作用機構も働くもののように思われる。In addition to the direct action of metals on impure atomic species in solution, magnesium It also appears that the mechanism of action related to the immune system works.
また、塩溶液温度で溶融しない、例えばマグネシウム、カルシウム、およびバリ ウムなど、他の金属を用いることもできる。Also, materials that do not melt at salt solution temperatures, such as magnesium, calcium, and Other metals such as aluminum can also be used.
前記の通り、これらは溶液と、還元剤の可動状態を維持するように作用し合う。As mentioned above, these interact with the solution to keep the reducing agent mobile.
いかなる特定の理論にも関係なしに、これらの電気的に非常に陽性の金属は、前 駆塩の一部をより少ない原子価の状態に還元して、溶液中である程度可溶で、か つ不純カチオンに対して還元力の強い原子種の前駆塩を形成するものと考えられ る。Without regard to any particular theory, these highly electrically positive metals are Reduces a portion of the salt salt to a less valent state, making it somewhat soluble in solution and This is thought to form a precursor salt of atomic species with strong reducing power against impure cations. Ru.
□例えば、溶液に少量加えられた金属マグネシウムは、ある量の四塩化ジルコニ ウムと反応して、2価または3価というような酸化状態のジルコニウムを必要と する還元された原子種を形成させつつ、マグネシウム自体は、溶液内で可溶なM gCl2に効率的に転化する。□For example, a small amount of magnesium metal added to a solution will cause a certain amount of zirconium tetrachloride to Reacts with zirconium and requires zirconium in an oxidation state such as divalent or trivalent. Magnesium itself is soluble in solution, forming reduced atomic species that Efficiently converted to gCl2.
ジルコニウムの低価数の原子種は、例えば2価または3価の鉄のような不純原子 種を、不揮発性の形態へと強力に還元する。Low valence atomic species of zirconium are impurity atoms such as divalent or trivalent iron. Powerfully reduces seeds to non-volatile forms.
マグネシウムを用いて実験すると、塩溶液は、当初は淡黄色、あるいは灰色を呈 しているが、マグネシウムが溶解するにつれて、強烈な紫色を発色するようにな る。When experimenting with magnesium, the salt solution initially appears pale yellow or gray. However, as the magnesium dissolves, it develops an intense purple color. Ru.
このように、マグネシウムは、塩溶液温度では溶融しないが、それでも、本発明 の実施に適合する可動な還元状態ををもたらすのである。Thus, although magnesium does not melt at salt solution temperatures, the present invention nevertheless This results in a mobile reducing state that is suitable for implementation.
前駆塩が塩溶液という条件下で低価数の状態に至るものとして、アルミニウムが これに該当すると思われる場合でさえ、塩溶液中の電気的に非常に陽性の金属が 元素状態の金属を生成する作用は、前駆塩の形態を、表面積の大きい微細な粉と し、溶液内で非常に拡散された状態に保つ。Aluminum is a precursor salt that reaches a low valence state under salt solution conditions. Even in cases where this appears to be the case, highly electropositive metals in salt solutions The action of producing metals in the elemental state changes the form of the precursor salt into a fine powder with a large surface area. and keep it very diffused within the solution.
この場合、溶液を攪拌すると、その拡散は助けられることになる。In this case, stirring the solution will aid its diffusion.
このような形態は、従来の技術においては用いられていた、金属の塊状の形態よ りも、はるかに好都合である。This form is different from the metal block form used in conventional technology. It is also much more convenient.
還元剤が、前駆塩を還元するのに充分に強力であるようなすべての場合において 、還元された原子種が不揮発性であることから、収量のわずかな低下は避けられ ない。しかし、これは、開始材料の混入物が非常に多量である場合を除けば、す べての場合に、数%に限定することが容易に可能である。In all cases where the reducing agent is strong enough to reduce the precursor salt , a slight loss in yield is inevitable due to the non-volatile nature of the reduced atomic species. do not have. However, this is not the case unless the starting material is very contaminated. In all cases it is easily possible to limit it to a few percent.
本発明の前駆塩は、すべて昇華する固体であって、通常、加圧下でのみ液体を形 成する。The precursor salts of the present invention are all solids that sublimate and typically form liquids only under pressure. to be accomplished.
しかし、本発明の熱溶融体、あるいは熱溶融液は、「化学的制御物質」として働 いて、精製された塩の蒸気圧を処理に簡便な範囲内に制御し、液相−固相熱伝達 系に利点をもたらす。However, the hot melt or hot melt of the present invention works as a "chemical control substance". The vapor pressure of the purified salt is controlled within a range convenient for processing, and liquid-solid heat transfer is achieved. bring benefits to the system.
これについては、精製された塩を超高純度フッ化物に転化するためのフッ化剤の 流れを、揮発化された塩の取としに適合させて、フッ化剤の最適な利用が確保さ れるように容易に調整することができる。In this regard, we discuss the use of fluorinating agents to convert purified salts into ultra-pure fluoride. The flow is adapted to take up the volatilized salt to ensure optimal utilization of the fluorinating agent. It can be easily adjusted to suit your needs.
前駆塩、および熱溶融体材料が共晶系を形成しない場合は、その内部を均質に保 つことを意図して溶融液を適度に攪拌することによって、前駆塩の昇華、あるい は気化の制御を可能にし、かつ本発明による精製が効果的に行えるようにできる ことに注目されるべきである。If the precursor salt and hot melt material do not form a eutectic system, keep the interior homogeneous. By moderately stirring the melt with the intention of sublimating the precursor salt or enables control of vaporization and enables effective purification according to the present invention. This should be noted.
熱溶融体または熱溶融溶液からの精製前駆塩の放出に対する別の利点は、熱溶融 体ハロゲン化物が、溶液中に持ち込まれ、あるいは溶液内で生成されたいかなる 粒状材料をも「濡らす」ことである。Another advantage to the release of purified precursor salts from hot melts or solutions is that hot melt Any body halides carried into or produced in solution It also "wets" the particulate material.
したがって、前駆塩中に存在し得る酸化物、コークスその他は、好都合にも溶液 内に留められる。Therefore, any oxides, coke, etc. that may be present in the precursor salt are advantageously removed from solution. kept inside.
ジルコニウム、ハフニウム、およびアルミニウムの酸化物は非常に安定であるた め、反応系に入り込み得るいかなる酸素、あるいは水分からも形成され、酸化物 に富むスラッジとして溶液底に集まり、かくして、これら不純物は、反応系から 除去されることになる。Zirconium, hafnium, and aluminum oxides are very stable; Oxides are formed from any oxygen or moisture that can enter the reaction system. These impurities collect at the bottom of the solution as a sludge rich in It will be removed.
ハロゲン化物の蒸気を精製するための溶融塩の利用に関しては、例えば、米国採 鉱・冶金および石油技術者協会冶金学分会会報(Transactions o fMetallurgfcal 5ocfety of AIME)第224゜ 965号(1962年)に記載されている。この操作は、蒸気を気泡として塩溶 液に通すという一種の洗浄法である。Regarding the use of molten salts to purify halide vapors, see e.g. Transactions of the Metallurgical Section of the Society of Mineral, Metallurgical and Petroleum Engineers fMetallurgfcal 5ocfety of AIME) No. 224゜ No. 965 (1962). This operation uses steam as bubbles to dissolve the salt. It is a type of cleaning method that involves passing it through a liquid.
本発明は、不純物蒸気の輸送および精製処理を必要とせず、むしろ、精製蒸気を 熱溶融体、あるいは熱溶融液から直接的に生成するのである。The present invention does not require transportation and purification treatment of impure vapors, but rather It is produced directly from a hot melt or from a hot melt.
したがって、精製段階と製造段階とは分離され、その結果、精製反応は、流速、 気泡の大きさ、吹き込み効率、その他に依存しなくなることから、充分に時間を かけて、それを行わせることができる。Therefore, the purification and manufacturing steps are separated, so that the purification reaction is controlled by the flow rate, Since it does not depend on bubble size, blowing efficiency, etc., it takes enough time. You can make it happen.
以下に詳述する熱力学的計算にもとずき、前記従来の技術による工程と、本発明 のそれとを比較した精製に関するデータを、第2表に示す。Based on the thermodynamic calculations detailed below, the process according to the conventional technology and the present invention The data regarding the purification compared to that of
このデータ、および従来の無水化工程の前記物質輸送上の問題点に関し、本発明 の工程と物理学的に比較する立場からすると、従来の技術における金属還元剤の 固形片は、寸法は大きいが、酸化還元反応における電子伝達の表面積はかなり小 さい。。Based on this data and the above-mentioned material transport problems of the conventional dehydration process, the present invention From the viewpoint of physical comparison with the process of Although solid pieces have large dimensions, the surface area for electron transfer in redox reactions is quite small. Sai. .
このような固体還元剤では、可動性が、わずかしか、あるいは全く存在せず、し たがって、還元基質の更新が存在しないのに対して、本発明の可動な液体還元剤 にはそれがあり、原子的規模での基本的に無限の表面積において、還元基質の更 新が絶えず行われる。In such solid reducing agents, there is little or no mobility and Therefore, there is no renewal of the reducing substrate, whereas the mobile liquid reducing agent of the present invention It is the New things are happening all the time.
第2表 ZrF4に対する不純物(ppb) ”不純物 0.01dB/km NRL BaF2から cvp法5 ZrC1,がら開達成のため 再結晶 のZrF4 の 始の本発明のの要求値2 法” ESC蒸留4 代表的な方法Fe O,3 5005002000,001Co O,3<300 nd’、<10 4xl O−’Ni 3.0 <70 <20 2xlO−’Cu 10,100 <4 0 nd、<10 0.04Ce <200 <10−’ Pr <200 <10’−’ Nd O,5<800 <10−’ 1:統一するために、適切な場合は木表の単位に換算。Table 2 Impurity for ZrF4 (ppb) "Impurity 0.01dB/km NRL" From BaF2 cvp method 5 ZrC1, ZrF4 recrystallized to achieve emptying Required value of the present invention at the beginning 2 Method “ESC distillation 4 Representative method Fe O, 3 5005002000,001Co O,3<300 nd’,<10 4xl O-'Ni 3.0 <70 <20 2xlO-'Cu 10,100 <4 0nd, <10 0.04Ce <200 <10-' Pr<200<10'-' Nd O,5<800 <10-' 1: For uniformity, convert to wood table units when appropriate.
2二「第4回ハロゲン化ガラスに関する国際シンポジウム会議録J (1987 年)掲載のルー(G、 Lu)およびアガルヮル(1,Aggarwal)の論 文から。22 “Proceedings of the 4th International Symposium on Halogenated Glasses J (1987 The discussion of Lu (G, Lu) and Aggarwal (1, Aggarwal) published in From the sentence.
” : 1986年12月12日ワシントンにて開催r NRL高純度フッ化物 に関する発表前コンフ71/ンス(NRL High Purity Fluo rides Pre−proposal Conference)Jでのフィッ シャー(C,F、 Fisher)の発表から。”: held in Washington, D.C. on December 12, 1986 r NRL High Purity Fluoride Pre-announcement conference 71/ns (NRL High Purity Fluo rides Pre-proposal Conference) J From the presentation by Shah (C, F, Fisher).
4:マテリアルズ・サイエンス・フォーラム(MaterialsScienc e Forum)、第5巻(1985年)19〜34ページ掲載のロビンソン( M、 Robinson)の論文から。4: Materials Science Forum e Forum), Volume 5 (1985), pages 19-34, Robinson ( From a paper by M. Robinson.
5:マテリアルズ・サイエンス・フォーラム、第5巻(1985年)43〜48 ページ掲載のフォルワイラー(R,C,Folweiler)およびギュンタ− (D、 E、 Guenther)の論文から。5: Materials Science Forum, Volume 5 (1985) 43-48 Folweiler (R, C, Folweiler) and Günther on the page From the paper by (D, E, Guenther).
8=データなし。8 = No data.
従来の技術の工程に特定して述べると、塩化されてZrCl4となる金属ジルコ ニウムの表面が鉄に富むようになるという点で1、CVP法には輸送上の制約が ある。Specifically describing the process of the prior art, metal zirco is chlorinated to become ZrCl4. The CVP method has transportation constraints in that the surface of Ni becomes iron-rich. be.
したがって、鉄は、それが内部に拡散するよりも速い速度で塩化される。Therefore, iron is chlorinated faster than it can diffuse into the interior.
したがって、塩化速度と拡散速度との食い違いが原因となって、金属ジルコニウ ムの存在が設定する還元条件である不純物滞留の作用機序は、充分に働くことが なく、生成物中の鉄の濃度は、予測された程度よりもはるかに高くなる。Therefore, the discrepancy between the chlorination rate and the diffusion rate causes The mechanism of action of impurity retention, which is the reduction condition set by the presence of Instead, the concentration of iron in the product is much higher than expected.
BaF2−ZrF4の蒸留は、より有利な立場にあり、実際に、生成物中の鉄の 濃度は、F e F、およびZrF4の相対的蒸気圧にもとすいて算出された数 値に非常に近くなる。Distillation of BaF2-ZrF4 is in a more favorable position and actually reduces the amount of iron in the product. The concentration is a number calculated based on F e F and the relative vapor pressure of ZrF4. very close to the value.
ESCによる補強という選択肢に関してもやはり、還元剤表面の汚染の増大が、 液体中への、次いで生成物蒸気への鉄の輸送を生起させる。Regarding the option of reinforcing with ESC, again, increased contamination of the reducing agent surface Transport of iron into the liquid and then into the product vapor occurs.
このことはまた、フッ化物の蒸気圧が、塩化物よりも不純物のそれに、より近い という点で、フッ化物の精製に対する短所となることは明らかである。This also means that the vapor pressure of fluoride is closer to that of impurities than chloride. In this respect, it is clear that this is a disadvantage for purifying fluoride.
また、反応系に多量の不純酸化物が含まれことになるZrF4の気化に関しても 、熱を絶縁する表層が熱溶融体の表面に形成されて肥厚し、ZrF4の気化速度 を下げるように働く。Also, regarding the vaporization of ZrF4, which contains a large amount of impurity oxides in the reaction system, , a heat insulating surface layer is formed and thickened on the surface of the hot melt, and the vaporization rate of ZrF4 increases. It works to lower the
従来の技術の工程に対する上記の知見は、これらの方法には、精製に許される時 間幅は、物質の生成に望まれる時間幅によって決定されるという欠点があるとい うことを浮き彫りにする。The above findings for prior art processes indicate that these methods have The disadvantage is that the interval width is determined by the desired time interval for material production. highlight things.
これらの工程の速度が相応することに対する理論的な理由は存在せず、現実とは 確かにかけ離れている。There is no theoretical reason for the speed of these processes to be comparable; the reality is Certainly far from it.
CVP法に関しては、実験的装置は、実質的には塩化物添加の速度に制御され、 好都合な速度で塩化物を生成できるような規模である。For the CVP method, the experimental equipment essentially controls the rate of chloride addition; The scale is such that chloride can be produced at a convenient rate.
しかし、この塩化速度は、金属ジルコニウム中への鉄の拡散速度である精製速度 には、全く適合しない。However, this chlorination rate is the refining rate, which is the diffusion rate of iron into metallic zirconium. is not suitable at all.
本発明の特定の好適実施例としては、無水四塩化ジルコニウムの精製がある。こ の場合、熱溶融体または熱溶融液は、塩化ナトリウムと塩化カリウムとのモル比 で、約8=29の混合物で構成され、還元剤は金属鉛である。A particularly preferred embodiment of the invention involves the purification of anhydrous zirconium tetrachloride. child If the hot melt or hot melt has a molar ratio of sodium chloride to potassium chloride It is composed of a mixture of about 8=29, and the reducing agent is metallic lead.
この実施例では、ZrCLは、NaC1−KCl混合物とともに溶融されて、は ぼ230℃の可動な液体を形成する。In this example, ZrCL is melted together with the NaCl-KCl mixture and Forms a mobile liquid at approximately 230°C.
ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・データ、第19巻(1974 年)36ページ掲載のキム(J、 D、 Kim)およびスピンク(D、R,5 pink)の論文に記載の状態図によれば、1気圧で加熱した場合、68モル% のZrCl4と、32モル%のモル比的8:29のNaC1とKCIの混合物と の混合物は、はぼ330℃でZrCLの蒸気を発生させる。Journal of Chemical Engineering Data, Volume 19 (1974) Kim (J, D, Kim) and Spink (D, R, 5) published on page 36 According to the phase diagram described in the paper by Pink), when heated at 1 atm, 68 mol% of ZrCl4 and a mixture of 32 mol% NaCl and KCI in a molar ratio of 8:29. The mixture generates ZrCL vapor at approximately 330°C.
加熱の継続により、溶液の組成は、1気圧の等圧線に沿ってZrC1aが枯渇す るまで変化して、(Na、K)2ZrC16の固相か出現する点、すなわちほぼ 400°Cに至る。With continued heating, the composition of the solution changes to a point where ZrC1a is depleted along the 1 atm isobar. The point at which the solid phase of (Na,K)2ZrC16 appears, that is, approximately It reaches 400°C.
その後は、溶液はもはや均質ではなくなり、1気圧を維持するには急激に高い温 度が必要となる。After that, the solution is no longer homogeneous and the temperature must rise rapidly to maintain 1 atm. degree is required.
この時点で溶液を冷却し、再充填するのが好ましい。この実施例では、溶融金属 鉛は、ZrCL 1モルあたり約0.1モルという濃度で溶液の容器に投入され る。Preferably, the solution is cooled and refilled at this point. In this example, the molten metal Lead was added to the solution container at a concentration of approximately 0.1 mol per 1 mol of ZrCL. Ru.
鉛は、溶液材料、あるいは前駆塩のいずれとも反応しないが、不純物と反応して 、例えば不純カチオンを還元したりする。Lead does not react with either solution materials or precursor salts, but it does react with impurities. , for example, to reduce impure cations.
前述の2様の温度の間を循環することによって、当初の上記溶液内組酸物10k gからは、再充填が必要となる前に、精製ZrC11約3.3kgが形成される 。By circulating between the two temperatures mentioned above, the initial concentration of acid in the solution is reduced to 10k. g, approximately 3.3 kg of purified ZrC11 is formed before recharging is required. .
熱溶融液中では、数種類の不純金属イオン封鎖機序が同時に働く。第1に、溶液 の作動温度が低く、不純塩化物の揮発性は、結果的に低い。第2に、液状の還元 剤、例えば水素あるいは鉛が、例えばニッケル、コバルト、および銅カチオンを 不揮発性金属へと化学的に還元する。In hot melts, several types of impurity metal ion sequestration mechanisms operate simultaneously. First, the solution The operating temperature is low and the volatility of impure chlorides is consequently low. Second, liquid reduction agents, such as hydrogen or lead, can destroy, for example, nickel, cobalt, and copper cations. Chemically reduced to non-volatile metals.
銅の場合、還元されるばかりでなく、鉛の基質中に抽出され、かつ封鎖されるこ とになる。In the case of copper, it is not only reduced but also extracted and sequestered in the lead matrix. It becomes.
これらの還元作用は、鉛基質の精製を妨げることはないが、それは、これが可動 であって、基本的には絶えず更新されるからである。These reducing effects do not interfere with the purification of the lead substrate, but it is important that this This is because it is basically constantly updated.
第3に、溶液は、溶液成分および不純塩化物から安定な二元化合物が形成される 機会を与える。Third, the solution is such that stable binary compounds are formed from solution components and impure chlorides. give an opportunity.
このような既知の化合物の例としては、Na、FeCl4、KFeCls、K2 CoC14、およびKjNdC16があげられるが、これらは、錯体にならない 溶液成分よりも蒸気圧が低い。Examples of such known compounds include Na, FeCl4, KFeCls, K2 Examples include CoC14 and KjNdC16, but these do not form a complex. It has a lower vapor pressure than the solution component.
これらすべての要因の正味の効果は、より純粋なZrCl4の生成へと傾けるこ とである。The net effect of all these factors is to bias the production of purer ZrCl4. That is.
ZrCl4が溶融塩溶液から放出されるにつれて、不純物が形成され、次第に速 度を増しつつ、生成物中に出現する。As ZrCl4 is released from the molten salt solution, impurities are formed and gradually Appears in products with increasing frequency.
しかし、ZrCl4と不純物との間の蒸気圧の差が非常に大きいために、回収可 能なZrCLの約80%は、生成物中の不純物の濃度が倍化する前に抜き取るこ とが可能である。However, because the difference in vapor pressure between ZrCl4 and impurities is very large, recovery is not possible. Approximately 80% of the available ZrCL can be extracted before the concentration of impurities in the product doubles. is possible.
熱溶融体中の不純物の当初のppmあたりの生成物中の不純物の予測濃度は、1 段階のレイリー蒸留に対する等式を用い、α、すなわちZrCl4および不純塩 化物の相対的揮発性を、不純塩化物の蒸気圧と1気圧の比率として用いることに よって、溶液からの取出しの関数として算出される。The expected concentration of impurity in the product per initial ppm of impurity in the hot melt is 1 Using the equation for the Rayleigh distillation of stages, α, i.e. ZrCl4 and impure salts The relative volatility of the chloride is used as the ratio of the vapor pressure of the impure chloride to 1 atm. It is therefore calculated as a function of removal from solution.
FeC1z、CoC1*、NiC1g、およびCuC1に対する400℃におけ る蒸気圧データは、前出コルトンおよびキャンタフオールドの著作「第1列遷移 金属のハロゲン化物」より採録したものである。At 400°C for FeC1z, CoC1*, NiC1g, and CuC1 The vapor pressure data for This is an excerpt from ``Metal Halides.''
この計算では、溶液内の還元条件は、鉄および銅をそれぞれFeCl2およびC uC1として保つこと以外には、純度に対する影響はないものと仮定している。In this calculation, the reducing conditions in the solution reduce iron and copper to FeCl2 and C, respectively. It is assumed that there is no effect on purity other than keeping it as uC1.
したがって、これは、純度の控え目な見積りである。Therefore, this is a conservative estimate of purity.
(以下余白) 不純物 400℃で 収量の百分比別の、熱溶融体または熱溶の蒸気圧 融液に おける当初の不純初冬1 ppmに対(トル) する生成物中の不純物のppb O% 1015 FeC1z 2.5xlO−’ 0.0004 0.0005 0.0006C uC11,3xlO−’ 0.24 0.25 0.4NiC129,2xlO −’ 2xlO−’ 2xlO−’ 4xlCl″6CoC1t 1.1xlO −’ 2xlO−’ 4xlO−118xlO−’これを見ると、銅のみがI) I)bのオーダーに近い。このデータは、鉄および銅をそれぞれFeC1*およ びCuC1として保つ能力を・充分有する水素よりも強力な還元剤を全く用いな い場合のものである。(Margin below) Impurities At 400℃, vapor pressure of hot melt or hot melt by percentage of yield in melt ppb of impurity in the product relative to the initial impurity of 1 ppm (torr) O% 1015 FeC1z 2.5xlO-' 0.0004 0.0005 0.0006C uC11,3xlO-' 0.24 0.25 0.4NiC129,2xlO -'2xlO-'2xlO-'4xlCl''6CoC1t 1.1xlO -'2xlO-'4xlO-118xlO-'Looking at this, only copper is I) I) Close to the order of b. This data corresponds to FeC1* and FeC1* for iron and copper, respectively. No reducing agent is used at all, which is stronger than hydrogen, which has sufficient ability to maintain CuC1. This is for special cases.
上記の例は、原料となる前駆塩には数千ppmの不純物が含まれている可能性が あり、本発明の方法を用いて、更にppb以下の濃度にまで精製できることを示 している。In the above example, the raw material precursor salt may contain several thousand ppm of impurities. This shows that using the method of the present invention, it can be further purified to a concentration of ppb or less. are doing.
したがって、他の方法では使用に適さない原料も、本発明によって直ちに使用可 能となる。Therefore, raw materials that are otherwise unsuitable for use can be readily used with the present invention. Becomes Noh.
以上のことから、選択される還元剤には、いくつかの軽重に属する物質を含める ことが可能なことが判明する。Based on the above, the reducing agent selected includes several substances belonging to light and heavy classes. It turns out that it is possible.
例えば、用いることのできるハロゲン化金属としては、ジルコニウム、ハフニウ ムの単体、あるいは、塩溶液の操作の温度範囲内で水素ガスを遊離して分解する 他の金属との化合物によるものを含めることができる。For example, metal halides that can be used include zirconium, hafni liberates and decomposes hydrogen gas within the operating temperature range of a single sample or a salt solution. Compounds with other metals can be included.
同様に、低融点の、すなわち選択された塩溶液温度で溶融する、電気的に陽性の 金属、例えばリチウム、ナトリウム、およびカリウム、あるいはそれらの合金は もとより、塩溶液温度で溶融することはないが、次式に示すように、前駆ハロゲ ン化物と反応して、拡散が良好で不純物を強力に還元する低級ハロゲン化物と、 溶液に可溶な還元剤の塩とを生じる、電気的に陽性のマグネシウム、カルシウム 、およびバリウムなどの金属も用いることができる。Similarly, low melting point, i.e., electropositive Metals such as lithium, sodium, and potassium, or their alloys Although it does not melt at the salt solution temperature, as shown in the following equation, the precursor halogen A lower halide that reacts with a compound and has good diffusion and strongly reduces impurities. Electropositive magnesium, calcium, and salts of reducing agents soluble in solution , and metals such as barium can also be used.
Mg+Zr”(溶液に溶解)=Zr24(溶液に溶解)+Mg”(溶液に溶解) ZrQ責溶液に溶解)+Fe”(溶液に溶解)−+Fe+Zr’箕溶液に溶解) 本発明の好適な実施によって、前記の通り、還元剤の可動性および拡散性が保た れる。Mg + Zr” (dissolved in solution) = Zr24 (dissolved in solution) + Mg” (dissolved in solution) ZrQ (dissolved in solution) + Fe'' (dissolved in solution) - + Fe + Zr' (dissolved in solution) Preferred practices of the invention preserve the mobility and diffusivity of the reducing agent, as described above. It will be done.
前記に詳述した事項は、HfCl4にも適用でき、パラメータのわずかな変化、 例えば、操作温度の数℃の変更を必要とするのみである。What has been detailed above is also applicable to HfCl4, with slight changes in the parameters, For example, only a few degrees Celsius change in operating temperature is required.
アルミニウムの場合は、同様な物理化学的特性が、AlCl3に富む融成塩のア ルカリ金属との混合物に対しても通用する。In the case of aluminum, similar physicochemical properties are found in the AlCl3-rich molten salt aluminium. It is also applicable to mixtures with alkali metals.
そのような反応系における共晶温度は、対応するZrCl4反応系におけるより も約100℃低いことから、不純物の揮発性は、はるかに好都合である。The eutectic temperature in such a reaction system is lower than that in the corresponding ZrCl4 reaction system. The volatility of the impurities is much more favorable since the temperature is about 100°C lower.
上記の概念は、余分に実験を重ねずとも、臭化物、および沃化物の反応系へと拡 張することができる。The above concept can be extended to bromide and iodide reaction systems without extra experimentation. can be stretched.
工程の最終段階は、気体フッ化剤との精製前駆塩のハロゲン交換反応である。The final step in the process is a halogen exchange reaction of the purified precursor salt with a gaseous fluorinating agent.
フッ化物の化学的安定性は非常に大きいために、前駆ハロゲン化物に関する、例 えば無水フッ化水素との反応平衡は、気流中のフッ化剤がわずかに過剰なだけで ありも、圧倒的にフッ化物形成の方に傾く。この段階では、ZrCl4の蒸気は 、約400°Cに保たれた反応室内に導かれて、気体HFの流れと接触する。The chemical stability of fluorides is so great that, for example, with respect to precursor halides, For example, the reaction equilibrium with anhydrous hydrogen fluoride can be reached even if there is only a slight excess of fluorinating agent in the gas stream. However, the trend is overwhelmingly towards fluoride formation. At this stage, the ZrCl4 vapor is , into a reaction chamber maintained at approximately 400° C. and contacted with a stream of gaseous HF.
この反応室は、固体のフッ化生成物を回収する装置、および副生MCIガスを排 出する通風口を備えた、例えば凝縮容器の形態とすることができる。This reaction chamber contains equipment for recovering solid fluoride products and exhausting by-product MCI gas. It may be in the form of a condensation vessel, for example, with a vent for exiting.
反応室内のある帯域を350°Cに維持することによって、高純度ガラスの製造 に不都合な未反応の精製塩は、すべてHCIとともに排出され、生成物に取り込 まれないようになる。Production of high purity glass by maintaining certain zones of the reaction chamber at 350°C All unreacted purified salts that are inconvenient to the product are discharged with HCI and incorporated into the product. It will become less common.
この方法には、更に非常に有意義な利点があり、それは全体的に操作温度が低い ことである。This method also has very significant advantages, including lower overall operating temperatures. That's true.
そのため、反応系に不純物が混入するのを抑えるような通常の構築材料を選択し て用いることが可能になる。Therefore, we choose common construction materials that suppress the introduction of impurities into the reaction system. It becomes possible to use it.
そのような材料としては、例えば金属ジルコニウムおよび金属マグネシウムがあ る。これらは、低温ではフッ化物による保護被膜を形成するが、より高い温度で は反応してしまうのである。Such materials include, for example, zirconium metal and magnesium metal. Ru. They form a protective fluoride coating at low temperatures, but at higher temperatures will react.
そのような材料は、高純度製品目体にこれをめることができ、それらに対する多 少の腐食は、生成物の純度には何ら脅威とはならない。前記従来の技術における ような、より高い温度の方法では、白金、あるいはガラス状炭素のような材料を 用いざるを得ないのである。Such materials can be placed in high-purity products and have many Minor corrosion poses no threat to product purity. In the conventional technology Higher temperature methods, such as platinum or glassy carbon, We have no choice but to use it.
国際調査報告international search report
Claims (20)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US190,992 | 1980-09-26 | ||
| US07/190,992 US4910009A (en) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | Ultra high purity halides and their preparation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03501603A true JPH03501603A (en) | 1991-04-11 |
Family
ID=22703660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1506270A Pending JPH03501603A (en) | 1988-05-06 | 1989-05-05 | Ultra-high purity halide and its manufacturing method |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4910009A (en) |
| EP (1) | EP0386174A4 (en) |
| JP (1) | JPH03501603A (en) |
| AU (1) | AU3737489A (en) |
| BR (1) | BR8906952A (en) |
| WO (1) | WO1989010897A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112891973A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Method for reducing oxygen content in halide molten salt |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996039241A1 (en) * | 1995-06-05 | 1996-12-12 | Teledyne Industries, Inc. | Porous carbon filter assembly for processing zirconium chloride |
| US6935050B2 (en) * | 2002-12-04 | 2005-08-30 | Corning Incorporated | Method and apparatus reducing metal impurities in optical fiber soot preforms |
| US20080069764A1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-03-20 | Tronox Llc | Process for making pigmentary titanium dioxide |
| CN103725901B (en) * | 2013-12-12 | 2015-10-28 | 上海哈峰新材料科技有限公司 | The fire concentrate method of zirconium white/hafnia mixture |
| CN112357885A (en) * | 2020-12-02 | 2021-02-12 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Purification method of single component in chloride molten salt |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2993000A (en) * | 1952-11-20 | 1961-07-18 | Nat Lead Co | Complex titanium composition |
| US3098722A (en) * | 1959-01-16 | 1963-07-23 | Nat Distillers Chem Corp | Purification of metal halides |
| US3052518A (en) * | 1959-12-18 | 1962-09-04 | Ciba Ltd | Process and apparatus for the manufacture of aluminum chloride |
| US3294482A (en) * | 1963-01-28 | 1966-12-27 | Dominion Gulf Company | Process for recovering metal chlorides from gaseous mixtures |
| JPS5025413B1 (en) * | 1969-01-11 | 1975-08-23 | ||
| GB1270126A (en) * | 1969-03-29 | 1972-04-12 | British Titan Ltd Formerly Bri | Process for the purification of aluminium chloride |
| US3966458A (en) * | 1974-09-06 | 1976-06-29 | Amax Speciality Metal Corporation | Separation of zirconium and hafnium |
| FR2514028B1 (en) * | 1981-10-01 | 1986-05-09 | Pechiney Aluminium | PROCESS FOR THE SELECTIVE CHLORINATION OF MIXTURES OF METAL OXIDES OF NATURAL OR SYNTHETIC ORIGIN |
| US4514373A (en) * | 1983-12-06 | 1985-04-30 | Toth Aluminum Corporation | Purification of aluminum chloride |
| US4578252A (en) * | 1985-05-14 | 1986-03-25 | Hughes Aircraft Company | Method for preparing ultra-pure zirconium and hafnium tetrafluorides |
| US4666486A (en) * | 1985-09-24 | 1987-05-19 | Hutta Joseph J | Process for making bulk heavy metal fluoride glasses |
| US4652438A (en) * | 1985-11-18 | 1987-03-24 | Gte Laboratories Incorporated | Chemical vapor purification of fluorides |
| US4680044A (en) * | 1985-11-25 | 1987-07-14 | Hughes Aircraft Company | Method of modifying the refractive index of fluoride glass |
| US4737244A (en) * | 1986-12-18 | 1988-04-12 | Westinghouse Electric Corp. | Zirconium and hafnium tetrachloride separation by extractive distillation with molten zinc chloride lead chloride solvent |
| US4749448A (en) * | 1986-12-18 | 1988-06-07 | Westinghouse Electric Corp. | Zirconium and hafnium tetrachloride separation by extractive distillation with molten zinc chloride calcium and/or magnesium chloride solvent |
-
1988
- 1988-05-06 US US07/190,992 patent/US4910009A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-05-05 WO PCT/US1989/001859 patent/WO1989010897A1/en not_active Ceased
- 1989-05-05 BR BR898906952A patent/BR8906952A/en unknown
- 1989-05-05 EP EP19890906547 patent/EP0386174A4/en not_active Withdrawn
- 1989-05-05 AU AU37374/89A patent/AU3737489A/en not_active Abandoned
- 1989-05-05 JP JP1506270A patent/JPH03501603A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112891973A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Method for reducing oxygen content in halide molten salt |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1989010897A1 (en) | 1989-11-16 |
| EP0386174A1 (en) | 1990-09-12 |
| US4910009A (en) | 1990-03-20 |
| AU3737489A (en) | 1989-11-29 |
| EP0386174A4 (en) | 1991-10-16 |
| BR8906952A (en) | 1990-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schäfer | Chemical transport reactions | |
| US2816828A (en) | Method of producing refractory metals | |
| US3847596A (en) | Process of obtaining metals from metal halides | |
| Audrieth | Inorganic Syntheses, Volume 3 | |
| US2703752A (en) | Method for production of refractory metals | |
| US5071472A (en) | Induction slag reduction process for purifying metals | |
| US3971653A (en) | Carbothermic production of aluminum | |
| US7455822B2 (en) | Method for production of silicon | |
| JPH03501603A (en) | Ultra-high purity halide and its manufacturing method | |
| US3938988A (en) | Method for producing aluminum metal from its salts | |
| EP0205454B1 (en) | Process for the preparation of ultrapure active metal fluorides | |
| JPH03500063A (en) | Production method of zero-valent titanium from alkali metal fluorotitanate | |
| US3853541A (en) | Method for producing aluminum metal directly from ore | |
| US2618531A (en) | Method of purifying zirconium tetrachloride vapors | |
| US3000726A (en) | Production of metals | |
| US4652438A (en) | Chemical vapor purification of fluorides | |
| Yukhin et al. | Bismuth preoxidation for preparing solutions of salts | |
| US2753256A (en) | Method of producing titanium | |
| CN102985368B (en) | Treatment of compounds containing tantalum and/or niobium | |
| Naidich | Wettability of halides with molten metals. Physico-chemical and practical aspects | |
| US3407031A (en) | Process for the manufacture of inorganic chlorides | |
| US2864666A (en) | Production of uranium tetrachloride | |
| Karelin et al. | FLUORINATION OF RUTILE, ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF TITANIUM FLUORIDE TO TITANIUM, AND ITS SEPARATION FROM THE ELECTROLYTE SALTS MELT. | |
| JPS63159223A (en) | Production of high-purity zirconium tetrachloride | |
| KR101023225B1 (en) | Metal powder manufacturing method |